KR101018655B1

KR101018655B1 - 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료

Info

Publication number: KR101018655B1
Application number: KR20100090256A
Authority: KR
Inventors: 오청호; 오준희
Original assignee: 오준희; 오청호
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2011-03-04

Abstract

본 발명에서 폐섬유를 이용한 고형화 연료(RTF) 제조 방법을 개시한다.
본 발명에 따르면, a) 기타 이물질이 제거된 순수 폐섬유를 취합하는 단계; b) 상기 폐섬유를 회전시켜 폐섬유 간 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계; c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계; d) 상기 폐섬유의 발열 온도가 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 물리적 충돌을 가미시켜 폐섬유를 소정 크기로 분쇄하는 단계; e) 분쇄된 폐섬유를 소정 압력으로 압출하여 성형하는 단계; 및 f) 성형된 폐섬유를 냉각시켜 고형화 연료로 제조하는 단계;로 이루어진다.
따라서, 본 발명은 첫째, 처분이 곤란한 폐합성 섬유를 이용함으로써 수질 및 토양을 보호하고 2차 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공한다. 둘째, 폐합성 섬유에 목질계 원료를 일부 혼합하여 발열량을 증대시켜 고형화 원료의 가치를 높일 수 있는 효과가 있다. 셋째, 제조 과정이 복잡하지 않아 고형 연료의 가격을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 가격에 비례하여 안정적이면서도 화력이 우수한 고형 연료를 제공하는 효과를 제공한다.

Description

폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료{MANUFACTURING METHOD FOR RTF MATERIALS USING WASTE TEXTILES AND MAKED RTF MATERIALS FROM THEREOF METHOD}

본 발명은 고형화 연료 제조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다량의 폐섬유를 회전 마찰력에 의한 용융을 유도하고 이를 압출 성형하여 고형화 연료를 생산할 수 있는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 및 고형화 연료에 관한 것이다.

일반적으로 고형화 연료는 독일에서 1980년대에 이미 세계 최초로　폐기물 분리, 선별기술을 개발하여 RDF를 생산해 오고 있다. 오랜 시간 축적된 최고의 기술력으로 생산된 RDF는 현재 전용발전시설, 화력발전소 및 시멘트소성로 보조연료로 등으로 활용되고 있으며 독일 전역의 78개 시설에서 연간 720만 톤의 폐기물로 300 만 톤의 RDF를 만들어 내고 있는 실정이다.

미국에서는 폐기물을 중요 재생에너지로 규정하고 유럽에서 전파된 RDF 생산 기술력을 바탕으로 25개 이상의 RDF 제조시설과 30여개의 RDF-석탄 혼합 발전소를 운영 중이고, 일본 역시 1997년 이후 다이옥신 발생량이 많은 중소형 소각로를 RDF 생산시설로 대체하기 시작하여 현재 57개의 RDF 생산시설과 5개의 RDF 전용 발전소를 가동하고 있다.

환경 선진국들의 이러한 움직임에 발맞추어 우리나라도 2006년부터 RDF 제조시설을 설치, 현재 가동 중이며, 하루 80톤 정도의 폐기물을 이용하여 약 40톤의 RDF를 생산하며 생산된 RDF는 시멘트공장, 제지공장의 보조연료로 공급하고 있다. 아울러, 정부에서는 RDF의 생산 및 이용을 촉진할 수 있는 방향으로 관계법령을 정비하고, 지자체의 폐기물에너지화시설 확충을 위한 국고지원 재원마련을 위하여 최선을 다하고 있으며, 이를 위해 폐기물 에너지 회수기준 및 RDF 품질기준 재설정, 청정연료사용지역에서의 RDF 사용 허가, 폐기물 에너지화 유도를 위한 매립기준 강화 등의 관계법령을 정비하고 있다.

2012년까지 가연성 폐기물 고형연료화 사업에 투입되는 투자 비용은 국비, 지방비 및 민자 등 총 1조 9,507억 원에 달하며, 이를 바탕으로 연간 175만 톤의 생활폐기물을 에너지화할 수 있는 RDF시설 20개소와, 이곳에서 생산된 RDF를 이용할 수 있는 발전시설 10개소를 확충할 예정이다. 또한, 환경부는 성공적으로 가연성 폐기물 고형연료화 사업이 진행될 시, 2012년까지 연간 8,049억원의 경제적 효과(폐기물 처리비 절감, 원유대체 및 탄소배출권 확보)를 가져 올 것으로 예상하고 있다. 뿐만 아니라 매립시설 및 소각시설의 신규 설치가 억제됨으로써 침출수와 악취 등으로 야기됐던 2차 환경영향을 줄이고, 폐기물 매립물량 역시 현재의 1/5 수준으로 감소시켜 매립지난과 님비현상의 해소에도 상당한 기여를 할 것으로 기대되고 있다.

그러나, 현재까지 정부의 지원에도 불구하고 고형화 연료로 가공될 수 있는 많은 폐자원이 소각되고 있는 실정으로, 특히 폐섬유에 대한 고형화 연료 생산이 극히 미흡한 실정이다. 폐합성 섬유의 소각량은 2010년도 대한민국 인구 수 약 5000만 명 대비 1인당 섬유사용량이 25Kg 중, 1인당 소각량은 13Kg에 달하는 것으로 약 연간 649,418 톤에 이른다. 더욱이 폐합성 섬유를 소각 시 산소 투입이 잘 이루어지지 않아 소각이 용이하지 않은 단점이 있으며, 이 때문에 소각 비용이 매우 비싼 형편이다. 국방부 폐섬유인 경우 소각 비용이 톤 당 18만원 내지 23만원 정도가 소요되는 실정이다. 따라서, 이러한 폐섬유를 이용한 고형화 연료 개발이 매우 시급한 실정이다.

대한민국 공개특허 10-2005-0117491 호 "폐합성 섬유 가공 대체연료 제조기술"에서 섬유 폐기물 중 합성 섬유를 재생 가공한 섬유 대체연료를 개시하고 있다. 이를 구체적으로 살펴 보면, 섬유 폐기물을 파쇄하고 200℃의 고열과 100Kg/Cm2의 압력에서 요철모양으로 성형하여 발화가 쉽고 완전연소가 되도록 하고 있다. 이를 위해, 1) 먼저 섬유소재 대체연료의 제조공정은 합성섬유로 만들어진 폐기물을 구성비율에 관계없이 3Cm 이하의 크기로 잘게 절단한 다음, 멜라민 아크릴 또는 요소수지 등의 수용성 또는 분말형태의 열경화성 수지를 70g/m2의 량으로 도포 한다. 2) 수지 도포된 합성섬유 폐기물소재를 네트건조기에서 함수량이 15%이하가 되도록 건조한다. 3) 건조된 소재는 성형 프레스의 금형 내부에 고르게 깔아준 다음 200℃의 고온과 100Kg/Cm2의 고압 상태에서 7분 동안 성형하여 대체연료를 생산한다. 이와 같은 과정에 의한 실시 예를 살펴 보면, ＜실시 예 1＞ 종래 기술에서는 생산하는 제품의 종류에 따라서 사용되는 합성섬유 폐기물의 구성비를 다르게 했으나 본 발명에서는 합성섬유의 구성비를 구별할 필요 없이 사용하고 난 후 버려지는 합성섬유 폐기물제품을 3Cm 이하로 파쇄기에서 절단, 파쇄하여 사용하였다. ＜실시 예 2＞ 종래 기술로는 타면 된 섬유를 부직포로 만들어서 사용한 결과 수지를 뿌려서 도포할 경우 부직포 속으로 열경화성 수지의 침투가 어려워 완성제품에서 박리가 되고 요철부분을 성형할 경우는 소재가 찢어져 일정한 두께와 일정한 품질의 제품을 제조하는데 많은 불량이 발생하였다, 따라서 절단섬유를 그대로 사용한 결과 타면공정을 줄일 수 있었다. ＜실시 예 3＞ 합성섬유 폐기물을 이용한 제품을 생산할 경우 70g/m2의 열경화성 수지를 도포하고 그물망 건조기(Net Dryer)에서 함수량 15%이하로 건조해야 했으나 건조 공정을 생략할 경우, 200℃의 온도의 성형과정에서 포화증기가 발생하여 성형 중 폭발이 일어나고, 생산된 제품에는 100% 박리현상이 발생하였다. ＜실시 예 4＞ 생산된 대체연료를 100℃ 온도에서 연료로 사용했을 경우 매연과 함께 유독가스가 발생하고 불이 잘 붙지 않았다. 다시 온도를 200℃로 올리고 약 3분간 공기 공급해 준 결과 매연이나 유독가스의 발생이 없이 반경 1m 이내에서는 700℃까지의 화력이 발생하였다. ＜실시 예 5＞ 다시 700℃의 화력에 합성섬유 폐기물로 만들어진 대체연료를 투입한 결과 완전연소와 함께 소각재가 전혀 발생하지 않았다. 전술된 선행문헌에서의 폐섬유 고형화 방법은 합성섬유로 만들어진 폐기물을 3Cm 이하로 절단하고, 멜라민 아크릴 또는 요소수지 등의 수용성 또는 분말형태의 열경화성 수지를 70g/m2의 량으로 도포하여 고압 고온에서 성형함을 주요 골자로 하고 있다. 여기서, 멜라민 아크릴 수지의 경우 열경화성 수지로 열경화성 수지는 한번 열을 가하여서 일정한 형태를 갖추게 되면 그 이후 열이나 압력을 가하여도 이전의 상태로 돌아오지 않는 고분자 물질을 의미한다. 즉 기존 문헌에서 폐섬유에 멜라민 아크릴 수지를 도포한다는 것은 연료를 만들기 위하여 제품을 만드는데 사용해야 하는 플라스틱 원료를 사용한다는 것으로 극히 비효율적인 처사라 할 수 있다. 또한, 선행문헌에서 사용하고자 하는 요소 수지 역시 열경화성 수지로 접착제로 쓰이는 고가의 고분자이며, 이는 2002년 기준 중국 수입가격이 KG당 0.68달러로 816원에 해당한다. 여기서, 고형연료의 시중 가격이 2010년에 약 KG당 70원 ~ 85원임을 감안할 때, 이 역시 경제적으로 효율적이지 못한 것이다. 그리고, 마지막으로 합성 섬유를 3Cm 이하로 절단하는 공정은 섬유의 특성상 불가능한 과정이라 할 수 있다. 일반적으로 폐합성 섬유는 미세한 섬유를 직조한 상태이므로, 파쇄나 분쇄시 인장력에 의해 파쇄기 Knife에 끼거나 통과하게 되어, 원하는 입자로 분쇄되지 않는 특성이 있다. 또한 폐합성 섬유는 부드럽고 특수화학 섬유로 만들어져서 부분적으로 파쇄는 가능하나 생산량이 적을 뿐만 아니라, 연속적인 섬유 공급 시 회전체에 밀리거나 배출이 되지 않아 시스템이 정지가 되는 경우가 발생하며, 한 시간에 한 번 정도씩 회전체를 청소해야하는 문제가 있다. 또한, 성형과정에서 기존의 기술로는 변형되지 않은 상태로 노즐을 통과함에 따라, 이를 보완하고자 열경화성 수지를 첨가하여 수지가 용융된 상태로 노즐을 통과하게 하는 방법을 사용하고 있으나, 다량의 열경화성 수지를 첨가하지 않고는 성형이 불가능하여 결국, 연료로서의 실효성이 없는 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 열경화성 수지를 사용하지 않고 폐합성 섬유만을 이용하여 양질의 연료를 대량생산할 수 있는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료를 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 폐합성 섬유에 목질계 원료를 일부 첨가하여 발열용량을 가변시킬 수 있는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 폐합성 섬유에 폐합성 수지를 일부 첨가하여 발열용량을 증대시킬 수 있는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료를 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 폐합성 섬유에 목질계 원료 및 폐합성 수지를 일부 첨가하여 발열용량을 증대시킬 수 있는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조방법 그리고 이로부터 제조된 고형화 연료를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 관점에 따른 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법은, a) 기타 이물질이 제거된 순수 폐섬유를 취합하는 단계; b) 상기 폐섬유를 회전시켜 폐섬유 간 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계; c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계; d) 상기 폐섬유의 발열 온도가 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 물리적 충돌을 가미시켜 폐섬유를 소정 크기로 분쇄하는 단계; e) 분쇄된 폐섬유를 소정 압력으로 압출하여 성형하는 단계;로 이루어 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 폐섬유를 포함하는 고형화 연료(RTF) 제조 방법에 있어서, a) 기타 이물질이 제거된 순수 폐섬유 및 소정 크기로 분쇄된 목질계 요소를 혼합하는 단계; b) 상기 폐섬유 및 목질계 요소를 회전시켜 상호 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계; c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계; d) 상기 발열 온도가 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 물리적 충돌을 가미시켜 폐섬유를 소정 크기로 분쇄하는 단계; e) 분쇄된 폐섬유 및 목질계 요소를 소정 압력으로 압출하여 성형하는 단계;로 이루어지고, 필요에 따라 f) 성형된 원료를 냉각시켜 고형화 연료로 제조하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 원통형의 하우징과, 상기 원통형의 하우징의 내측 바닥면에 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능하게 구비되어 있는 원형의 회전 테이블 및 상기 회전 테이블의 상면에 회전 방향에 대하여 만곡 되어 있는 복수의 하부 회전 블레이드가 포함된 고형 연료 제조 장치를 이용한 폐섬유 고형화 연료 제조 방법에 있어서, a) 상기 원통형의 하우징에 폐섬유를 포함하는 폐원료를 취합하여 적재하는 단계; b) 상기 회전 테이블의 회전력에 근거하여 상기 폐원료 간 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계; c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계; d) 상기 폐원료의 발열 온도가 상기 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 상기 하부 회전 블레이드에 의한 물리적 충돌을 가미시켜 폐원료를 소정 크기로 분쇄하는 단계; e) 분쇄된 폐원료를 소정 압력으로 압출하여 성형하는 단계;로 구성되며, 필요에 따라 f) 성형된 폐원료를 냉각시켜 고형화 연료로 제조하는 단계;를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법은, 첫째, 처분이 곤란한 폐합성 섬유를 이용함으로써 수질 및 토양을 보호하고 2차 오염을 방지할 수 있는 효과를 제공한다. 둘째, 폐합성 섬유에 목질계 원료를 일부 혼합하여 발열량을 증대시켜 고형화 원료의 가치를 높일 수 있는 효과가 있다. 셋째, 제조 과정이 복잡하지 않아 고형 연료의 가격을 낮출 수 있을 뿐만 아니라 가격에 비례하여 안정적이면서도 화력이 우수한 고형 연료를 제공하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 적용되는 고형 연료 제조장치를 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의해 제조되는 고형화 연료 제조 방법을 나타낸 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명의 실시 예로부터 제조된 폐섬유 고형화 연료를 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 폐섬유 고형화 연료의 열량 분석 결과서이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명의 기술적 설명에 앞서 본 발명은 본 출원인에 의해 출원 및 등록된 등록번호 '10-0956994'호의 "폐합성 수지 필름류와 폐목초재 부산물의 혼합물로부터 고형 연료를 제조하는 장치"를 활용하여 RTF(Refuse Textile Fuel) 즉, 폐섬유를 이용한 고형화 연료를 제조하는 방법을 제시한다. 따라서, 도 1은 본 발명으로 적용되는 고형 연료 제조장치를 나타낸 도면으로, 그 구성을 살펴 보면 다음과 같다.

도시된 바와 같이, 폐합성 수지 필름류와 폐목초재 부산물이 투입되어 혼합되며, 뚜껑(11')이 일체로 또는 별도로 구비되어 있는 원통형의 하우징(11)과, 상기 원통형의 하우징(11)의 내측 바닥면에 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능하게 구비되어 있는 원형의 회전 테이블(14) 및 상기 회전 테이블(14)의 상면에 회전 방향에 대하여 만곡 되어 있는 복수의 하부 회전 블레이드(16)와, 상기 회전 테이블(14)의 중앙 하부에 결합되어 있는 샤프트(26)와, 상기 샤프트(26)에 연결되어 상기 샤프트(26)를 회전시킴으로써 상기 회전 테이블(14)을 회전시키기 위한 구동 모터(24) 및 상기 하부 회전 블레이드(16)의 상단 회전면 보다 높은 위치의 상기 원통형의 하우징(11) 내측면에 구비되어 있는 복수의 상부 고정 블레이드(12)를 포함하는 혼합 장치(10);로 구성되고 상기 원통형의 하우징(11)의 내부와 연통하며, 상기 원통형의 하우징(11)로부터의 혼입재를 압출 이송시키기 위한 이송 스크류(30); 상기 이송 스크류(30)로부터의 혼입재를 소정의 형상으로 성형하기 위한 성형 장치(50);를 포함한다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 폐섬유 고형화 연료 제조 과정에서 연료 내에 잠재되어 있는 고온성 발열 요소를 제거하기 위해, 상기 성형 장치(50)와 연동되는 냉각장치를 구비할 수 있다. 상기 냉각장치는 성형 장치(50)에서 인출되는 연료가 극히 고온 상태이기 때문에, 주변 환경에 의한 화재 위험이 매우 높게 된다. 따라서, 제품으로써의 출하 전에 상기 냉각장치를 이용하여 제품의 온도를 상온 상태로 전환함으로써, 화재 위험을 사전에 방지할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명에 적용되는 고형화 연료 제조장치는 전술된 바와 같이, 원통형 하우징(11) 내부에 다량의 다종의 폐섬유가 적재되면, 회전 테이블(14)에 의해 폐섬유를 회전시켜 회전에 의한 마찰력에 근거한 발열을 유도한다. 발열은 폐섬유를 적절하게 용융시키기 위한 온도로서 상기 회전 테이블(14)의 회전속도에 비례함에 따라, 적정 온도의 발열을 유도하기 위한 회전 테이블(14)의 회전속도를 제어한다. 또한, 이러한 발열에 의해 폐섬유가 용융되면, 상기 혼합 장치(10) 내로 설치되는 하부 회전 블레이드(16)에 의해 분쇄가 이루어진다.

폐섬유를 분쇄하기 위해서는 이와 같이 소정 온도에서의 용융이 이루어진 후, 분쇄가 가능하며 전술한 바와 같이 초기 과정에서 폐섬유를 분쇄하는 것은 섬유의 특성상 대량의 분쇄는 불가능한 상태이다. 따라서, 본 발명에서는 폐섬유의 회전 마찰력에 의한 용융을 유도한 후, 회전 블레이드(16)에 의해 폐섬유를 소정 크기로 파쇄하는 것이다. 그러면, 구체적인 동작을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 따른 주요 동작을 설명하기 위한 플로우챠트이다. 도시된 바와 같이, S201 단계에서 상기 원통형 하우징(11) 내부로 다수 다종의 폐섬유를 투입한다. 폐섬유는 각종 의류, 천 등을 의미하며 폐섬유의 이물질 예컨대, 단추, 치장품 등은 사전에 제거한다. 이와 같이 본 발명에서는 폐섬유를 사전에 절단 또는 파쇄하지 않는데, 이는 직조상태의 섬유질 특성에 의해 쉽게 파쇄되지 않기 때문이다. 즉, 폐섬유 또는 폐합성 섬유는 부드럽고 특수화학 섬유로 만들어져서 소량의 파쇄는 가능하나, 지속적인 파쇄 시 회전체에 밀려 배출이 되지 않을 뿐만 아니라, 섬유질의 인장력에 의해 파쇄기 나이프(Knife)에 인입되어 나이프의 수명을 단축시킬 뿐 파쇄 또는 분쇄는 이루어지지 않는다.

이후, S205 단계에서 상기 회전체(15)를 회전 구동시킨다. 회전체(15)의 회전은 폐섬유를 적절한 온도로 용융시키고, 상기 하부 회전블레이드(16)와 폐섬유 간 충격을 가미시켜 분쇄한다. 본 발명에서 회전체의 회전속도는 1500 내지 1700 RPM이며, 바람직하게는 1600 RPM이다. 여기서, 본 발명에서 제시되는 회전체의 회전속도는 폐섬유에 가미되는 마찰에 의한 온도를 설정하기 위한 것으로, 대략 160℃ 내지 180℃이다. 물론, 상기 RPM은 하부 회전블레이드(16)의 구조에 따라 가변될 수 있으나, 폐섬유를 용융시키기 위한 온도는 상기 범위 내를 유지해야 한다.

상기 폐섬유는 제직공정 중 일반적으로 섬유의 인장력 및 탄성력 감소를 방지하기 위해 가호공정 이라는 일종의 풀을 먹이는 작업을 통해 원사에 코팅되어 지는데, 이러한 섬유 보호막을 용융시키기 위한 열의 온도는 전술된 범위인 160℃ 내지 180℃가 되는 것이다. 바람직하게는 170℃가 적절하다.

따라서, 하부 회전블레이드(16)의 구조에 관계없이 폐섬유의 섬유 보호막을 용융시키기 위해서는 폐섬유 간 마찰력에 의해 발생되는 적정 온도가 필요하며, 본 발명에서 적용되는 고형 연료 제조장치가 사용되지 않더라도, 폐섬유의 섬유 보호막 용융 온도인 160℃ 내지 180℃를 유지할 수 있는 장치가 구비될 수 있을 것이다. 이에, 온도의 발열 방식이 폐섬유 간 마찰에 의해 이루어지도록 하는 장치일 경우, 더욱 바람직할 것이다.

폐섬유 간 마찰을 유도하는 것은 궁극적으로 폐섬유의 섬유 보호막을 용융시키기 위한 온도를 가미시키기 위한 것이나, 폐섬유의 회전 마찰력과 더불어 폐섬유의 용융 개시점에서 폐섬유를 파쇄 또는 분쇄하기 위한 것이다. 또한, 이러한 폐섬유 간 마찰력은 폐섬유 조직 내에 흡착 또는 적재된 수분을 증발시키기 위한 것으로, 수분 증발은 마찰력과 더불어 회전력에 기인한다. 즉, 원심력에 의해 수분 간 표면장력을 상쇄시키고, 마찰력에 의해 수분을 증발시켜 폐섬유의 용융 개시점 도달을 도모하게 된다.

즉, S205 단계에서 회전 테이블에 의한 폐섬유 간 마찰력을 유도하고, 상기 마찰력 및 회전 테이블에 의한 회전력에 의해 폐섬유 조직 내에 침투되어 있는 수분을 증발시킨다. 수분이 증발된 상태의 폐섬유는 회전 마찰력에 의해 발생되는 열 에너지가 쉽게 전이되기 때문에, 폐섬유의 온도를 상승시키기에 매우 용이하게 된다.

예컨대, 다량의 폐섬유가 적재된 상태에서 주변의 온도만을 높일 경우, 폐섬유의 내부에 잔재되어 있는 수분이 증발되지 않아, 폐섬유의 용융은 매우 어려울 뿐만 아니라, 많은 양의 에너지를 낭비하게 되는 것이다. 이와 같이, 본 발명에서는 전술된 S205 단계를 통해 폐섬유의 용융 환경을 제공하며, 이를 근거로 폐섬유의 용융 개시점까지 쉽게 도달한다.

S207 단계로 진입하여 상기 복수의 하부 회전 블레이드(16)를 이용한 폐섬유 분쇄를 개시한다. 이는 폐섬유의 용융 개시점이 분쇄하기에 가장 적절한 시점이기 때문이다. 폐섬유가 완전히 용융될 경우에는 섬유의 점성으로 인해 파쇄가 이루어지지 못하며, 또한 폐섬유가 용융되지 않은 상태에서는 섬유의 고유 직조구조로 인해 파쇄가 이루어지지 않기 때문이다.

따라서, 폐섬유로 적정한 온도를 가미시키고, 동시에 폐섬유의 용융 개시점에서 파쇄하기 위한 회전 마찰력을 제공하는 것이다. 즉, 상기 회전 테이블(14)의 상측면에 구비된 다수의 하부 회전 블레이드(16)가 폐섬유 간 회전 마찰력을 제공함과 동시에, 폐섬유가 소정의 용융 개시점에 도달하는 시점에서 하부 회전 블레이드(16)에 의해 파쇄가 이루어지는 것이다.

파쇄되는 폐섬유의 크기는 대략 10mm 내외의 크기를 형성하며, S209 단계를 거쳐 이송 스크류(30)를 통해 압출된다. 압출되는 과정에서도 폐섬유의 용융온도를 유지하기 위한 히팅부재(미도시함)가 장착될 수 있으며, 이송 스크류(30)에 의해 압출된 폐섬유는 상기 성형장치(50)를 통해 소정 형상으로 성형 된다. 이는 도 3에 도시된 바와 같이, 소정 크기의 고형물로 성형 된다.

본 발명에서는 순수 폐섬유를 이용한 고형 연료를 제조하였고, 이에 대한 실험결과는 도 4에 도시된 'TEST REPORT'를 참조할 수 있다. 도시된 바와 같이, 폐섬유만을 이용한 고형 연료는 단위 질량인 g 당 23000 주울의 열량을 발산하는 고형 연료가 되는 것이다. 이를 칼로리로 환산하면 5476Kcal로서, 통상의 플라스틱 연료 즉 RPF에 비해 61%의 효율을 갖는다.

한편, 본 발명을 통해 제조되는 RTF는 발열량을 높이기 위해 목질계를 일부 포함할 수 있을 것이다. 목질계는 나뭇잎 또는 폐목자재, 합판 등을 포함하며, 분쇄가 용이한 목질계 요소를 소정 크기로 파쇄한 후, S201 단계의 폐섬유 투입 시 목질계 요소를 포함시킬 수 있다. 목질계는 실질적으로 폐섬유에 비해 발열량이 낮기 때문에, 폐섬유 고형화 연료를 사용하는 목적에 따라 저열량의 연료를 제조하기 위한 것이다. 이러한 목질계의 함유량은 폐섬유의 중량 대비 목질계가 30% 내지 40% 포함되도록 함이 바람직하다. 목질계 요소의 파쇄 크기는 대략 1mm 내지 3mm이며, 바람직하게는 2mm 정도의 크기이다.

여기서, 목질계의 중량 비율이 상기 범위를 넘을 경우, 폐섬유 간 용융 온도에 영향을 끼치게 되며, 또한 폐섬유가 적절한 온도에서 용융되더라도, 폐섬유 간 점성 또는 결합력이 낮아져 제품으로서의 완성도를 저하시키게 된다. 이와 같이 목질계가 포함된 폐섬유 고형화 연료(RTF)는 4800Kcal의 발열량을 나타내며, 소비자는 저열량의 폐섬유 고형화 연료를 원할 경우, 목질계가 포함된 연료를 구매할 수 있을 것이다. 더욱이, 본 발명에서 제시되는 폐섬유 고형화 연료는 열경화성 수지의 첨가물 없이 고형화 연료를 생산할 수 있어 친환경 고형화 연료이기 때문에, 열경화성 수지가 포함되지 않는다. 즉, 열경화성 수지는 멜라민 아크릴 수지 또는 플라스틱 원료 등을 나타내는 것으로, 본 발명에서는 이러한 유해성 수지를 사용하지 않고 발열량이 충분한 고형화 연료를 제공하고 있는 것이다.

한편, 본 발명에서 적용되는 목질계는 통상의 폐자재를 이용하기 위한 것으로, 목질계 이외에 폐합성 수지가 사용될 수 있다. 폐합성 수지는 장판, 스티로폼 등이 가능하며, 목질계 대용으로 사용될 수 있다. 상기 폐합성 수지는 목질계 요소를 대용할 경우, 폐섬유의 중량 대비 목질계가 30% 내지 40% 포함되도록 함이 바람직할 것이며, 필요에 따라 폐섬유, 목질계 요소 및 폐합성 수지가 소정 비율로 복합될 수 있을 것이다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 폐섬유, 목질계 및 폐합성 수지 간 혼합 비율에 따른 발열량을 표 1과 같이 보이고 있다. 전술된 바와 같이, 폐섬유만을 사용할 경우에는 5476Kcal의 발열량을 나타내며, 이하의 실시 예에 따라 상이한 발열량을 아래의 표와 같이 보이고 있다.

실험	폐섬유	목질계	폐합성수지	열량
1	100%	0	0	5476Kcal
2	60~70%	30~40%	0	4815Kcal
3	60~70%	0	30~40%	6628Kcal
4	60~70%	15~20%	15~20%	5162Kcal
5	33%	33%	33%	6272Kcal
6	20~40%	30~40%	30~40%	6166Kcal

도시한 바와 같이, 폐섬유 이외에 목질계 및 폐합성 수지가 혼합될 경우 혼합 비율에 따른 발열량에 차이를 보이고 있다. 여기서, 폐섬유, 목질계, 폐합성 수지가 동일한 비율로 혼합될 경우 고형화 연료의 발열량은 최대가 되나, 폐섬유만을 이용할 경우에도 발열량이 높은 수치를 보이고 있다. 이는 법정 기준치의 발열량을 위해 폐섬유에 목질계 또는 폐합성 수지를 혼합하고 있으나, 연간 65만 톤의 폐섬유가 소각되는 현황을 볼 때, 폐섬유만의 발열량은 적지 않을 것이다. 실질적으로 폐섬유의 소각 시 기타 유해 물질과의 혼합 소각에 의해 수 많은 유해물질을 유발한다. 따라서, 본 발명은 폐섬유의 소각을 억제하여 환경 유해 요소를 줄일 뿐만 아니라, 이를 활용한 고형화 연료를 제조하여 자원의 재활용을 유도하는 것이다.

전술된 바와 같이, 본 발명에 따른 폐섬유 고형화 연료 제조방법은, 순수 폐섬유의 용융점에서 물리적 타격에 의한 섬유 분쇄를 수행하여 RTF를 성형 제조함에 따라, 기존 RTF 제조 시 유해한 열경화성 수지를 혼합 성형하지 않게 되어 폐섬유를 이용한 고형화 연료의 친환경성을 유도하고, 폐섬유의 소각량을 억제함으로써 유해가스의 방출을 사전에 방지할 수 있어 산업적 이용 가치가 극히 높다고 할 수 있다.

10 : 혼합장치 11 : 원통형 하우징
12 : 상부 고정 블레이드 13 : 유출구
14 : 회전 테이블 15 : 회전체
16 : 하부 회전 블레이드 30 : 이송 스크류
50 : 성형장치 60 : 건조장치

Claims

폐섬유를 이용한 고형화 연료(RTF) 제조 방법에 있어서,
a) 기타 이물질이 제거된 순수 폐섬유를 취합하는 단계;
b) 상기 폐섬유를 회전시켜 폐섬유 간 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계;
c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계;
d) 상기 폐섬유의 발열 온도가 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 물리적 충돌을 가미시켜 폐섬유를 10mm 이내로 분쇄하는 단계;
e) 분쇄된 폐섬유를 압출하여 성형하는 단계; 및
f) 상온상태로 냉각시켜 고형화 연료로 제조하는 단계;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
폐섬유를 포함하는 고형화 연료(RTF) 제조 방법에 있어서,
a) 기타 이물질이 제거된 순수 폐섬유 및 1mm ~ 3mm 크기로 분쇄된 목질계 요소를 혼합하는 단계;
b) 상기 폐섬유 및 목질계 요소를 회전시켜 상호 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계;
c) 폐섬유 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계;
d) 상기 발열 온도가 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 물리적 충돌을 가미시켜 폐섬유를 10mm 이내의 크기로 분쇄하는 단계;
e) 분쇄된 폐섬유 및 목질계 요소를 압출하여 성형하는 단계; 및
f) 상온상태로 냉각시켜 고형화 연료로 제조하는 단계;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 목질계 요소는 상기 순수 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 함유되는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 a) 단계에서 폐합성 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 목질계 요소 및 폐합성 수지는 상기 순수 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 함유되는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
삭제
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 b) 단계에서의 마찰력은 상기 폐섬유를 적재하기 위한 원통형 하우징 하부에 구비된 회전 테이블의 회전 속도에 기인하며, 상기 c) 단계의 폐섬유 분쇄는 상기 회전 테이블 상에 고정된 하부 회전 블레이드에 의한 물리적 충격에 기인하는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 회전 테이블의 회전 속도는 1500 내지 1700 RPM인 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 c) 단계의 폐섬유 용융 개시점은 160℃ 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
원통형의 하우징(11)과, 상기 원통형의 하우징(11)의 내측 바닥면에 길이방향 중심축을 중심으로 회전 가능하게 구비되어 있는 원형의 회전 테이블(14) 및 상기 회전 테이블(14)의 상면에 회전 방향에 대하여 만곡 되어 있는 복수의 하부 회전 블레이드(16)가 포함된 고형 연료 제조 장치를 이용한 폐섬유 고형화 연료 제조 방법에 있어서,
a) 상기 원통형의 하우징(11)에 폐섬유를 포함하는 폐원료를 취합하여 적재하는 단계;
b) 상기 회전 테이블(14)의 회전력에 근거하여 상기 폐원료 간 마찰력에 의한 발열을 유도하는 단계;
c) 폐원료 간 마찰력 및 회전력에 의해 섬유조직 내에 침투되어 있는 수분을 강제 증발시키는 단계;
d) 상기 폐원료의 발열 온도가 상기 폐섬유의 용융 개시점에 도달할 때, 상기 하부 회전 블레이드(16)에 의한 물리적 충돌을 가미시켜 폐원료를 10mm 이내의 크기로 분쇄하는 단계;
e) 분쇄된 폐원료를 압출 성형하는 단계; 및
f) 임의의 냉각기를 이용하여 성형된 폐원료를 냉각시켜 고형화 연료를 제조하는 단계;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 a) 단계에서 목질계 요소를 포함하되, 상기 목질계 요소는 상기 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 함유되는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 a) 단계에서 폐합성 수지를 포함하되, 상기 폐합성 수지는 상기 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 함유되는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 a) 단계에서 목질계 요소 및 폐합성 수지를 포함하되, 상기 목질계 요소 및 폐합성 수지는 상기 순수 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 함유되는 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 회전 테이블의 회전 속도는 1500 내지 1700 RPM인 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 c) 단계의 폐섬유 용융 개시점은 160℃ 내지 180℃인 것을 특징으로 하는 폐섬유를 이용한 고형화 연료 제조 방법.
1500 ~ 1700 RPM 회전속도에 의한 물리적 충격 및 마찰력을 이용하여 폐섬유를 10mm 이내의 크기로 분쇄하되; 상기 마찰력의 온도를 160 ~ 180℃로 상승시켜 폐섬유 조직 내 수분 제거 및 섬유 보호막만을 용융하여 폐섬유 간 용융면에 의해 상호 융착되도록 압출 성형한 것을 특징으로 하는 폐섬유 고형화 연료.
제 16 항에 있어서,
1mm 내지 3mm의 크기로 분쇄된 목질계 요소가 상기 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐섬유 고형화 연료.
제 16 항에 있어서,
폐합성 수지가 상기 폐섬유의 중량 대비 20% 내지 40%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐섬유 고형화 연료.
제 16 항에 있어서,
목질계 요소 및 페합성 수지가 상기 폐섬유의 중량 대비 각각으로 20% 내지 40%로 혼합되는 것을 특징으로 하는 폐섬유 고형화 연료.